Юрий Сергеевич Меркурьев – ведущий инженер-проектировщик отдела путей и сооружений
Санкт-Петербург
Yury S. Merkuryev – Leading Design Engineer of the Tracks and Structures Department
Saint Petersburg
Алексей Федорович Колос – доктор технических наук, проректор по экономике и информатизации, доцент кафедры «Строительство дорог транспортного комплекса»
Санкт-Петербург
Alexey F. Kolos – Doctor of Engineering, Vice-Rector for Economics and Informatization, Associate Professor of the Road Construction of the Transport Complex Department
Saint Petersburg
В статье рассмотрена проблема моделирования напряженно-деформированного состояния земляного полотна железной дороги с учетом сейсмического воздействия.
Целью работы является определение зависимости напряженно-деформированного состояния земляного полотна железной дороги от параметров демпфирования (свойств материала демпфирующего слоя, мощности этого слоя и его расположения в конструкции земляного полотна).
Использован принцип численного моделирования динамического воздействия методом конечных элементов. Моделирование производилось с применением акселерограммы, сгенерированной в программном комплексе Plaxis 2D. Рассмотрены отличительные особенности модели упрочняющегося грунта с жесткостью при малых деформациях, влияющие на полноценность моделирования сейсмического воздействия на земляное полотно.
Приведено описание принятых в исследовании ключевых параметров напряженно-деформированного состояния железнодорожной насыпи в ходе динамического воздействия. Среди них горизонтальные перемещения основной площадки земляного полотна, осадка по завершении землетрясения, напряжения в зоне формирования поверхности скольжения, удельная рассеянная энергия деформации в ходе сейсмического воздействия.
Произведены динамические расчеты напряженно-деформированного состояния железнодорожной насыпи при землетрясении с использованием модели упрочняющегося грунта с жесткостью при малых деформациях.
Определено влияние динамических характеристик модального и гистерезисного демпфирования грунта насыпи и демпфирующего слоя на параметры напряженного-деформированного состояния земполотна железнодорожного пути.
Определены оптимальные параметры демпфирования для максимального снижения горизонтальных перемещений, осадки после землетрясения, уменьшения колебаний напряжений в земляном полотне, поглощения удельной рассеянной энергии деформации в ходе землетрясения. Подбор оптимальных параметров осуществлялся на основе сравнения вариантов демпфирования, различающихся мощностью и положением демпфирующего слоя (слоев) в конструкции насыпи.
The problem of modeling the stress-strain state of a railway subgrade taking into account seismic impact is considered.
The aim of this study is to determine the dependence of the stress-strain state of a railway subgrade on damping parameters (the material properties of the damping layer, its thickness, and its location within the subgrade structure).
The principle of numerical modeling of dynamic action using the finite element method is used. Modeling was performed using a generated accelerogram in the Plaxis 2D software package. Distinctive features of a hardening soil model with small-strain stiffness, which affect the completeness of seismic impact modeling on the subgrade, are discussed.
A description of the key parameters of the stress-strain state of a railway embankment under dynamic action adopted in the study is provided. These include horizontal displacements of the top surface of subgrade, settlement after the earthquake, stresses in the slip surface formation zone, and the level of specific dissipated deformation energy during seismic action.
Dynamic calculations of the stress-strain state of a railway embankment during an earthquake were performed using a hardening soil model with small-strain stiffness. The influence of the dynamic characteristics of the modal and hysteresis damping of the embankment soil and damping layer on the stress-strain state parameters of the railway subgrade was determined.
Optimal damping parameters were determined to minimize horizontal displacements and settlement after an earthquake, reduce stress fluctuations in the subgrade, and absorb specific dissipated deformation energy during an earthquake. The selection of optimal parameters was carried out on the basis of a comparison of damping options that differ in the thickness and position of the damping layer (layers) in the embankment structure.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.